CN108199118B - 一种采用相变控温的金属空气电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用相变控温的金属空气电池，包括有电池壳体，空气阴极设置在电池壳体的侧壁上，一面与外部空气接触，另一面与电池壳体内部的电解液接触，金属极和相变储热材料均插设定位于电池壳体内并浸泡在电解液中，金属极位于空气阴极和相变储热材料之间，且金属极和空气阴极之间通过电解液离子导通，金属极与相变储热材料接触导热。本发明利用相变储热材料的相变潜热，进行被动式的温度控制，不消耗电能，而将金属空气电池的温度维持在电池正常工作的温度范围内。

Description

一种采用相变控温的金属空气电池
技术领域
本发明涉及金属空气电池技术领域，具体是一种采用相变控温的金属空气电池。
背景技术
金属空气电池也叫金属燃料电池，本质上是金属（主要是镁、铝、锌）与空气中的氧气发生电化学反应。金属空气电池主要部件包括金属极、空气阴极、电解液和电池壳体等。金属空气电池的突出优点是比能量大，耐储存；相对不足是电池内阻较大，输出比功率较小。因为电池内阻大，当放电电流较大时，电池自发热明显，导致温度升高，一方面加速电解液的蒸发，另一方面影响空气阴极的寿命。
现有较小功率金属空气电池，通常没有考虑温度控制问题；而较大功率的金属空气电池组，通常采用风冷或者水冷的办法控制温度升高，而这本身又要消耗大量宝贵的电能。因此，对于较大功率的金属空气电池，如何控制温度，是一个重要议题。
相变储热技术是合理有效利用现有能源和提高能源利用效率的一种重要技术，是近年来世界节能领域一个较为活跃的研究方向。相变储热利用材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，是缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式。相变储热技术的核心是相变材料，在相变过程中可吸收或释放大量能量，称其为相变潜热。相变发生的温度称之为相变点，或者相变临界温度，记为Tm。一般的，把相变临界温度Tm在−50∼90℃范围内的材料划为常低温相变储热材料，此类材料在建筑和日常生活中的应用非常广泛。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用相变控温的金属空气电池，利用相变储热材料的相变潜热，进行被动式的温度控制，不消耗电能，而将金属空气电池的温度维持在电池正常工作的温度范围内。
本发明的技术方案为：
一种采用相变控温的金属空气电池，包括有电池壳体，空气阴极设置在电池壳体的侧壁上，一面与外部空气接触，另一面与电池壳体内部的电解液接触，金属极和相变储热材料均插设定位于电池壳体内并浸泡在电解液中，金属极位于空气阴极和相变储热材料之间，且金属极和空气阴极之间通过电解液离子导通，金属极与相变储热材料接触导热。
所述的电池壳体内设置有两个金属极和两个空气阴极，且所述的两个空气阴极分别位于两个金属极的外侧，所述的相变储热材料设置于两个金属极之间且分别与两个金属极接触导热。
所述的相变储热材料位于电池壳体和金属极之间且分别与电池壳体和金属极接触导热。
所述的金属空气电池为镁空气电池、铝空气电池或者锌空气电池。
所述的相变储热材料选用相变温度为50-60℃的相变材料。
所述的相变材料为固固相变材料或封装结构的固液相变材料。
所述的固固相变材料优选2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇。
所述的固液相变材料选用石蜡54号、石蜡56号、石蜡58号或石蜡60号。
本发明的优点：
本发明的相变储热材料布置在金属极与金属极之间，或者在金属极和电池壳体之间，保证良好的导热，但不影响金属极和空气阴极的离子导通。
相变储热材料的相变温度Tm等于或者略高于金属空气电池的最佳工作温度。比如对于镁空气电池体系，可选择在50摄氏度至60摄氏度之间。在这一温度下，即有较好的放电性能，又不会导致电解液蒸发过快。
通常情况下，电池初始温度是低于相变临界温度Tm的。放电过程中，由于金属空气电池内阻较大，电池温度会有一定升高。倘若放电电流较大且持续时间较长，温度会一直上升，直到相变临界温度Tm，此时相变储热材料发生相变，吸收热量，而电池温度保持不变。因为相变储热材料的潜热很大，所以这一温度可以保持较长一段时间。倘若持续大电流放电，产生热量促使相变储热材料完全发生转变，整个电池温度再度继续提高。这种情况下，相变储热材料的作用在于对电池温度升高起到了迟滞作用，实质上是延长了电池的有效工作时间。
另外一种情况，电池是间隙性的大电流放电。大电流工作时，发热明显，部分相变储热材料从低温相转变成高温相，但并没有完全发生相变，电池温度还维持在临界温度Tm；而当电流变小或者停止工作时，相变储热材料发生逆相变，又回复到原来的状态（低温相），准备接受下一次的大电流放电导致的热冲击。显然，相变储热材料对于间隙性的大电流放电会有很好的温度控制作用。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
见图1，一种采用相变控温的金属空气电池，包括有电池壳体1，设置于电池壳体1内的电解液2、两个金属极3和相变储热材料5；两个空气阴极4位于电池壳体侧壁，一面与外部空气接触，一面与电池壳体内电解液2接触；两个金属极3和相变储热材料5均插设定位于电池壳体1内，两个空气阴极4分别位于两个金属极3的外侧，相变储热材料5设置于两个金属极3之间且分别与两个金属极3接触导热。
实施例2
见图2，一种采用相变控温的金属空气电池，包括有电池壳体1，设置于电池壳体1内的电解液2、金属极3、和相变储热材料5；空气阴极4位于电池壳体1的侧壁上，一面与外部空气接触，一面与电池壳体内电解液2接触；金属极3和相变储热材料5均插设定位于电池壳体1内，金属极3位于空气阴极4和相变储热材料5之间，且金属极3和空气阴极4之间通过电解液2离子导通，相变储热材料5位于电池壳体1和金属极3之间且分别与电池壳体1和金属极3接触导热，但不影响金属极3和空气阴极4之间的离子导通。
其中，金属空气电池为镁空气电池、铝空气电池或者锌空气电池，相变储热材料5选用相变温度为50-60℃的相变材料，相变材料为固固相变材料或封装结构的固液相变材料，固固相变材料优选2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇（AMPD）；固液相变材料优选石蜡54号、石蜡56号、石蜡58号或石蜡60号，并进行封装。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种采用相变控温的金属空气电池，其特征在于：包括有电池壳体，空气阴极设置在电池壳体的侧壁上，一面与外部空气接触，另一面与电池壳体内部的电解液接触，金属极和相变储热材料均插设定位于电池壳体内并浸泡在电解液中，金属极位于空气阴极和相变储热材料之间，且金属极和空气阴极之间通过电解液离子导通，金属极与相变储热材料接触导热；
所述的金属空气电池为镁空气电池、铝空气电池或者锌空气电池；
所述的相变储热材料选用相变温度为50-60℃的相变材料；所述的相变材料为固固相变材料或封装结构的固液相变材料。
2.根据权利要求1所述的一种采用相变控温的金属空气电池，其特征在于：所述的电池壳体内设置有两个金属极和两个空气阴极，且所述的两个空气阴极分别位于两个金属极的外侧，所述的相变储热材料设置于两个金属极之间且分别与两个金属极接触导热。
3.根据权利要求1所述的一种采用相变控温的金属空气电池，其特征在于：所述的相变储热材料位于电池壳体和金属极之间且分别与电池壳体和金属极接触导热。
4.根据权利要求1所述的一种采用相变控温的金属空气电池，其特征在于：所述的固固相变材料优选2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇。
5.根据权利要求1所述的一种采用相变控温的金属空气电池，其特征在于：所述的固液相变材料选用石蜡54号、石蜡56号、石蜡58号或石蜡60号。
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